JPH02142344A - トルクモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低速状態で高トルク回転し、及び高精度の位
置決めを要求されるロボットや工作機械、ならびにこれ
らと同様の性能が要求される分野に適用されるトルクモ
ータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種のトルクモータとしては、例えば、日刊誌
「オートメーション」、第１１巻第７号、第８８頁に示
されたエビサイクモータ（商品名）、及び特開Ｆ１１５
９−６３９７４号公報に示されたＶＲモータ（可変リア
クタンスモータ）と呼ばれるトルクモータがある。

上記従来例のうち、前者のものは、サイクロイド運動を
応用したもので、ステータに発生する磁気吸引力により
ロータが吸引され、この吸引力の位置が変わることによ
りロータがステータの内周に沿って転勤し、このときに
得られる回転トルクがロータに設けた自在継手を介して
出力軸に伝達するようになっている。

また後者のものは、内側ステータと外側ステータとの間
に出力軸に直結するロータを設けると共に、出力軸を中
心としてこれら三者を同心的に配置したもので、内側及
び外側のステータはそれぞれコイルが巻設された複数の
極歯を有し、これらのコイルに順次通電することにより
、内側及び外側のステータとの間で微小なギャップを保
持したまま回転可能に軸受により支承されたロータが、
マックスウェルの応力に基づく回転トルクを受けると共
に、この回転トルクを出力軸に伝達するようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例のうち、前者のエビサイクモータにおいては
、ロータがステータの内周を転勤するためには、ロータ
とステータとの間に摩擦が存在することが必要であり、
このためロータの外周面とステータの内周面が摩耗し、
エビサイクモータの耐久性に問題があった。

またその構成上、ロータの転勤により得られる回転トル
クを出力軸に伝達するための自在継手が必要となってそ
の構成が複雑になるという問題があった。

一方上記従来例の後者のものにあっては、上記前者のエ
ビサイクモータに内在するような問題はないものの、内
側ステータと外側ステータとの間にあって、ロータが内
、外側の各ステータと干渉することなく回転するための
微小なギャップが必要であり、しかもこのギャップはロ
ータの円滑な回転を保証するためにロータの全周にわた
って均一であることが必要であり、このため、内、外側
の各ステータとロータとの間で全周にわたり均一な微小
なギャップを保持するためのロータ支承用の軸受構造が
不可欠となるが、ロータの自重が大きく、また組立て時
の誤差などのため均一な微小ギャップの保持は困難であ
る。

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、エビサ
イクモータ及びＶＲモータに内在する上記のような問題
を解決して、耐久性の低下が防止でき、またロータとス
テータとの間のギャップを均一に保持する必要がなくな
って、特別のロータ支持機構が不要となって構成を簡単
にすることができるようにしたトルクモータを提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係るトルクモータ
は、外周面に多数個の極歯を設け、かつ回転自在に支持
されたロータと、このロータの外径より大径で、かつ内
周面に上記ロータの極歯の数と異なる数の多数個の極歯
を設けると共に、この各極歯にコイルを巻付けたステー
タとからなり、上記ロータを出力軸に連結し、また上記
ステータをこのステータの軸心Ｏ１に対して自転せず、
ステータの内周面がロータの外周面に沿ってロータの周
囲を公転するように支持すると共に、ステータの各極歯
のコイルに、この各コイルを順番に励磁する制御回路を
接続した構成となっている。

また内周面に多数個の極歯を設け、かつ回転自在に支持
されたロータと、このロータの内径より小径で、かつ外
周面に上記ロータの極歯の数と異なる数の多数個の極歯
を設けると共に、この各極歯にコイルを巻付けたステー
タとからなり、上記ロータを出力軸に連結し、また上記
ステータをこのステータの軸心０１に対しては自転せず
、ステータの外周面がロータの内周面に沿って公転する
ように支持すると共に、ステータの各極歯のコイルに、
各コイルを順番に励磁する制御回路を接続した構成とな
っている。

〔作　用〕

ステータの各極歯に巻付けた各コイルを、これに接続し
た制御回路にて順番に励磁することにより、ステータと
ロータの各極歯の間に磁気吸引力が発生し、ステータの
極歯に巻付けたコイルを順番に励磁していくことにより
、この励磁が１周期行なわれるごとにロータは、ロータ
とステータの各極歯の数の差の分だけ回転し、ステータ
は公転する。このとき対向する両極歯の間には摩擦力は
存在せず、従って両極歯は摩耗することがない。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示すもので
、図中１はトルクモータの回転トルクを取出すための出
力軸であり、この出力軸１の一端に形成された大径部２
にブツシュ３が圧入嵌合しである。そしてこのブツシュ
３に、所定の軸方向長さと直径とを有するロータ５が嵌
合され、かつキー４にて回転方向に係合している。ロー
タ５は高透磁率材料、例えばけい素鋼材にて構成されて
いる。なおこのロータ５はけい素鋼板を多数枚積層した
構成としてもよい。

ロータ５の外周面には円周方向に多数個の歯状の極ｍ６
が設けである。

７は上記ロータ５の極歯６の外径Ｄ１より若干大きな内
径Ｄ２とロータ５の軸方向長さと略同−の軸方向長さを
有するステータであり、このステータ７は高透磁率を有
するけい素鋼板を多数枚積層し、リベット８で固定した
構成となっている。なおこのステータ７はけい素鋼材か
らなる一体構成としてもよい。ステータ７の内周面には
上記ロータ５の極歯６の数と異なる数の歯状の極歯９が
円周方向に多数段けである。

この場合はステータ７がロータ５の外側に位置すること
になるため、直径の大きな（ＤｌくＤ２）ステータ７の
極歯９の数Ｎ２をロータ５の極歯６の数Ｎ、より多くし
であるが、Ｎ、＞Ｎ２でもよい。そしてこのステータ７
の各極歯９には半径方向に位置をずらせて交互にコイル
９ａ、９ｂ、９ａ、９ｂ−−−を巻付けると共に、それ
ぞれのコイル９ａ　　９ｂは後述の制御回路２０に接続
しである。なおこの場合に、ステータ７の各極歯９相互
の間隔りが狭いため、各極歯９に対して半径方向に位置
をずらさずにコイルを巻付けようとすると、第３図（Ａ
）に示すようにコイルの中心付近が膨んで隣接する極歯
に巻付けたコイルと干渉する。このため第２図に示した
ように、この実施例では各極歯ごとに交互に半径方向に
位置をずらせて巻付けたが、ステータ７の各極歯９の間
隔りが広い場合には、第３図（Ｂ）に示すように各極歯
９に対し半径方向に位置をずらすことなくコイル９Ｃを
巻付けてもよい。

上記ステータ７は自転はできないが、上記ロータ５の周
囲を公転できるようにステータ支持機構１０にて支持さ
れている。このステータ支持機構１０は第１図、第２図
、第４図に示すように、ステータ７の外側にすき間を有
して囲続するリング部材１１と、このリング部材１１を
収容する後述のケース１２の構成部材である一対の側板
１３．１３とで構成されている。そしてこのステータ支
持機構１０は、ステータ７に対していわゆるオルダム継
手の機能を有する構成となっている。以下この構成を詳
細に説明する。

リング状部材１１はステータ７の中心０１を通る任意の
方向、例えばＹ−Ｙ方向への移動を許容するが、上記中
心Ｏ４を通り、かつＹ−Ｙに直交するＸ−Ｘ方向への移
動を拘束するようになっている。

このためステータ７の外周部には、Ｘ−Ｘ。

Ｙ−Ｙ方向のそれぞれ２対の溝７ａ、７ａ、７ｂ。

７ｂが設けられており、またリング状部材１１の内周部
にはこれらの溝７ａ、７ａ、７ｂ、７ｂに係合する突起
１１ａ、ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｂが設けられている。そ
して上記Ｘ−Ｘ方向に設けられたステータ７の一対の溝
７ａ、７ａとリング状部材１１のＸ−Ｘ方向の一対の突
起１１８゜１１ａの間には、ステータ７の内径Ｄ２とロ
ータ５の外径Ｄ１との差、すなわち（Ｄｌ　　ＤＩ）に
相当する量だけリング１１に対してステータ７がＹ−Ｙ
方向に移動できるような隙間が設けてあり、またＹ−Ｙ
方向に設けられたステータ７の一対の溝７ｂ、７ｂとリ
ング状部材１１のＹ−Ｙ方向の一対の突起１１ｂ、１１
ｂとの間にはステータ７がＹ−Ｙ方向に（Ｄｌ−Ｄｌ）
だけ移動できるが、Ｘ−Ｘ方向へは移動できないように
した隙間が設けである。

次にケース１２を構成する一対の側板１３゜１３は、上
記リング状部材１１を、Ｘ−Ｘ方向への移動は許容する
が、Ｙ−Ｙ方向の移動を拘束するようになっている。

すなわち、リング状部材１１には、Ｘ−Ｘ方向両側に設
けられた一対の突起１１ａ、ｌｌａの軸方向両端を突出
して形成した突出部１１Ｃ１１１ｃが設けられている。

一方上記一対の側板１３．１３には、上記突出部１１　
ｃ、　　１１　ｃと係合してリング状部材１１を支持す
る一対の凹部１３ａ、１３ａが設けである。そしてこの
突出部１１ｃ、ｌｌｃと凹部１３ａ、　　１３Ｂはリン
グ状部材１１をＸ−Ｘ方向に（Ｄｌ　−Ｄ＋　）の移動
量を確保するが、Ｙ−Ｙ方向に拘束するように係合され
ている。

上記ケース１２はカバー１４と、このカバー１４の軸方
向両側を閉じる一対の側板１３．１３と、これらを結合
するボルト１５等からなっており、側板１３．１３の内
周に設けた軸受１６゜１６により上記ロータ５を嵌合支
持する出力軸１の大径部２が支承されている。

そしてこのように構成されたトルクモータは、上記ケー
ス１２の一方の側板１３に設けた適宜の数のねじ孔１７
により図示しない工作機械などの基台にボルトなどで固
定されるようになっている。

また上記ステータ７の各欄ｍ９に巻付けた各コイル９ａ
、９ｂまたは９Ｃはミ上記ケース１２の他方の側板１３
の穴１８を貫通する電線にて、第５図に示すように、定
電流回路１９を介して制御回路２０に接続されていて、
ステータ７の各コイル９ａ、９ｂまたは９ｃには定電流
回路１９により電流が供給されると共に、各定電流回路
１９は制御回路２０によって順番に駆動されるようにな
っている。

上記構成において、制御回路２０により、ステータ７の
極歯９を順番に励磁していくと、この励磁が１周期行わ
れるごとにロータ５は、ロータ５とステータ７の各極歯
６，９の数の差の分だけ回転する。

すなわち、ロータ５の極歯数をａ１ステータ７の極歯数
をｂ１０−タ５の中心０２に対するステータ７の中心０
１の回転角をζｒａｄ、ロータ５の回転角をθｒａｄと
するとい θ−（ａ−ｂ）ζ／ａ となる。

そこでこのような励磁をｎ周期だけ連続して行うことに
より、（ａ−ｂ）ｎの分だけロータ５が回転すると共に
、トルクが出力軸１より取り出される。

次にこのようなトルクの発生を第１０図（Ａ）、（Ｂ）
を参照して説明する。ロータ５の極歯６とステータ７の
極歯９との間の位相のずれた両者の位置関係では、第１
０図（Ａ）に示すように両者間に磁気吸引力Ｆが発生す
ると共に、円周方向にはロータ５にトルクを発生させる
ためのマックスウェルの応力によるロータ回転力Ａが、
また半径方向にはステータ７をロータ５の方へ吸引する
ためのステータ吸引力Ｂがそれぞれ発生する。また両極
ｍ６，９の位相が一致するときは、第１０図（Ｂ）に示
すように両極歯６，９が接触するが、励磁は位相のずれ
ている他のステータ７の極ｍ９になされ、第１０図（Ｂ
）に示す状態では磁気吸引力が発生せず、したがって両
極歯６．−９の間には摩擦も存在しない。

このようにしてロータ５とステータ７とは、それぞれの
極歯６，９の間に発生する磁気吸引力によりロータ５の
自転とステータ７の公転が行われるが、両極歯６．９の
間には摩擦力が存在しないため両極歯６．９が摩耗する
ことがない。

またその構成上、ロータ５とステータ７との間のギャッ
プを均一に保つことも不要である。

第６図はステータ７の自転は許さないが、ロータ５の周
囲に沿ったステータ７の公転は許すステータ支持部材１
０の他の実施例を示し、第１図、第２図と同一の箇所に
は同じ符号を付しである。すなわちステータ７の外周に
ほぼ等間隔になるようブラケット２１を３個だけ固着す
るとともに、各ブラケット２１にはステータ７の軸方向
に平行に円孔２２を貫設する。そして各円孔２２にステ
ータ支持軸２３を貫通させるとともに、各ステータ支持
軸２３を図示しないハ台などへ固着する。このブラケッ
ト２１に貫設した各円孔２２の内径をＤ３、各ステータ
支持軸２３の外径をＤ４とするとき、次式を満足するよ
うに上記Ｄ３．Ｄ、を決定することにより、ステータ７
がロータ５の周囲を公転できるようにする。

Ｄ３−Ｄ、≧Ｄ２−Ｄ。

但しり、はロータ５の外径、Ｄ２はステータ７の内径で
ある。

またこのようなステータ支持部材の場合、ブラケット２
１とそれを貫通するステータ支持軸２３は、ステータ７
の公転を保証する限り各２個以上適宜設ければよい。

この実施例においても、第１図白土第２図の場合と同様
の作用、効果が得られるとともに、ステータ支持軸の構
成がより簡単となる。

第７図、第８図は本発明の他の実施例を示し、自転がで
きず公転のみできるステータの外周に自転可能なロータ
を配置したもので、第７図は縦断面図、第８図は第７図
の■−■線に沿う断面矢視図である。

図中１０５は所定の軸方向長さと内外径とを有する高透
磁率材料から成るロータであり、その内周面には円周方
向に多数個′の歯状の極歯１０６が設けである。

１０７は上記ロータ１０５の極歯１０６の内径Ｅ、より
若干小さい外径Ｅ２とロータ１０５の軸方向長さとほぼ
同等の軸方向長さとを有する高透磁率材料から成るステ
ータで、このステータ１０７の外周面には、上記ロータ
１０５の極歯１０６の数と異なる数の歯状の極歯１０９
が多数段けである。そしてステータ１０７のそれぞれの
極歯１０９にコイル１０９ａを巻付けると共に、それぞ
れのコイル１０９ａは第５図に示す定電流回路１９に接
続しである。

またステータ１０７の自転を拘束し公転のみ可能とする
ステータ支持機構１１０は、このトルクモータを収容す
るケース１１２を構成する一対の側板１１３，１１３と
第９図に詳しく示す一対のプレート状部材１１１，１１
１とにより構成される。

すなわち各プレート状部材１１１，１１１は、ステータ
１０７の構成と相まって、ステータ１０７の中心Ｏ１を
通る任意の方向、例えばＹ−Ｙ方向にステータ１０７の
移動を許容するが、上記中心Ｏ１を通り、かつＹ−Ｙ方
向に直交するＸ−Ｘ方向へのステータ１０７の移動を拘
束するようになっている。

そこでステータ１０７には、上記Ｙ−Ｙ方向上に中心０
１に対向して一対の溝１０７ａ。

１０７ａを設けるとともに、プレート状部材１１１．１
１１の一側面にこの溝に係合するように一対の突起１１
１ａ、１ｌｌａを設ける。

そしてこれらの溝１０７ａと突起１１１ａとの間には、
ロータ１０５とステータ１０７の内外径の差だけ、ステ
ータ１０７がＹ−Ｙ方向に移動できるが、Ｘ−Ｘ方向の
移動はできないようなスキマが設けられている。

さらに一対のプレート状部材１１１．１１１が、ロータ
１０５とステータ１０７の内外径の差だけＸ−Ｘ方向に
移動するのを可能にするが、Ｙ−Ｙ方向への移動を拘束
するために、プレート状部材１１１，１１１の他側面に
、Ｘ−Ｘ方向上に中心０１に対向して他の二対の突起ｔ
ｉｔｂ。

１１１ｂを設けるとともに、ケース１１２の一対の側板
１１３．１１３にはこれらの突起ｔｔｔｂ。

１１１ｂに係合する一対の凹部１１３　ａ、　１ｆ３ａ
が設けられている。これらの突起１１１ｂ。

１１１ｂと凹部１１３ａ、１１３ａとの間にも、ステー
タ１０７のＸ−Ｘ方向への移動を可能にするが、Ｙ−Ｙ
方向への移動を拘束するためのスキマが設けられている
。

そして一対の側板１１３，１１３の外周にそれぞれ設け
た軸受１１６，１１６により上記ロータ１０５を支承す
るとともに、このトルクモータは図示しない基台に適宜
な手段により固定されるようになっている。

なお回転トルクは、図示はしないがロータ１０５に係合
する動力伝達手段、例えばベルトや歯車などにより取り
出す。

上記構成において、制御回路２０により、ステータ１０
７の極歯１０９を順番に励磁していくと、この励磁が１
周期行われるごとにロータ１０５は、ロータ１０５とス
テータ１０７の各極歯１０６，１０９の数の差の分だけ
回転し、ロータ１０５に係合する動力伝達手段へトルク
が伝達される。

この場合にも、各極歯１０６，１０９の間に発生する磁
気吸引力によりロータ１０５の自転とステータ１０７の
公転が行われるが、両極歯１０６．１０９の間には摩擦
力が存在せず、したがって両極歯１０６，１０９が摩耗
することがなく、またロータ１０５とステータ１０７と
の間のギャップを均一に保つ必要もない。

〔発明の効果〕

本発明１こよれば、ロータの各極歯とこれに対応するス
テータの各極歯との間に発生する磁気吸引力により、ロ
ータの自転とステータの公転とが行われるとともに、両
極歯の間には摩擦力が存在しないため両極歯は摩耗しな
いので、トルクモータの耐久性の低下を防止できる。ま
たロータとステータとの間のギャップを均一に保持する
必要がないため、特別なロータ支持機構が不要となって
構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクモータの実施例を示す縦断
面図、第２図は第１図の■−■線に沿う断面矢視図、第
３図（Ａ）、ＣＢ）はステータに対するコイルの巻付は
状態を示すもので、第３図（Ａ）は極歯の間隔が狭い場
合、第３図（Ｂ）は極歯の間隔が広い場合の説明図、第
４図は第１図、第２図で示すステータ、リング状部材お
よび側板の分解斜視図、第５図は概略的な電気回路図、
第６図はステータ支持部材の他の実施例を示す断面図、
第７図は本発明に係るトルクモータの他の実施例を示す
縦断面図、第８図は第７図の■−■線に沿う断面矢視図
、第９図は第７図、第８図のプレート状部材の斜視図、
第１０図はトルクの発生を示す概念図で、第１０図（Ａ
）はロータとステータの各極歯の位相がずれている場合
、第１０図（Ｂ）は各極歯の位を目が一致している場合
である。 １は出力軸、５．１０５はロータ、６，１０６゜９．１
０９は極歯、７，１０７はステータ、９ａ。 ９ｂ、９ｃ、１０９ａはコイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周面に多数個の極歯６を設け、かつ回転自在に
   支持されたロータ５と、このロータ５の外径より大径で
   、かつ内周面に上記ロータ５の極歯６の数と異なる数の
   多数個の極歯９を設けると共に、この各極歯９にコイル
   ９ａ、９ｂ、９ｃを巻付けたステータ７とからなり、上
   記ロータ５を出力軸１に連結し、また上記ステータ７を
   このステータ７の軸心Ｏ＿１に対して自転せず、ステー
   タ７の内周面がロータ５の外周面に沿ってロータ５の周
   囲を公転するように支持すると共に、ステータ７の各極
   歯９のコイル９ａ、９ｂ、９ｃに、この各コイル９ａ、
   ９ｂ、９ｃを順番に励磁する制御回路２０を接続したこ
   とを特徴とするトルクモータ。
2. （２）内周面に多数個の極歯１０６を設け、かつ回転自
   在に支持されたロータ１０５と、このロータ１０５の内
   径より小径で、かつ外周面に上記ロータ１０５の極歯１
   ０６の数と異なる数の多数個の極歯１０９を設けると共
   に、この各極歯１０９にコイル１０９ａを巻付けたステ
   ータ１０７とからなり、上記ロータ１０５を出力軸に連
   結し、また上記ステータ１０７をこのステータ１０７の
   軸心Ｏ＿１に対しては自転せず、ステータ１０７の外周
   面がロータ１０５の内周面に沿って公転するように支持
   すると共に、ステータ１０７の各極歯１０９のコイル１
   ０９ａに、各コイル１０９ａを順番に励磁する制御回路
   ２０を接続したことを特徴とするトルクモータ。